阅读说明：本技术 一种低应力高导热功率器件的塑封工艺 (Plastic packaging process for low-stress high-thermal-conductivity device ) 是由 李科 蔡少峰 陈凤甫 邓波 李力 贺勇 蒲俊德 杨红伟 于 2020-01-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种低应力高导热功率器件的塑封工艺。所述工艺包括以下步骤：将塑封料在下进行预热；其中,塑封料包括按照质量百分比计的：17～19%环氧树脂、9～12%的硬化剂、1%以下的蜡,6～7%的应力释放剂,1～1.5%的阻燃剂,0.2～0.4%的着色剂,余量为填料；将预热后的塑封料注入到固定有功率器件的模具以对功率器件进行塑封；塑封结束后,使封装好的功率器件与模具分离。本发明的有益效果可包括：本发明能够降低功率器件对环氧塑封料的耗量,能够缩短生产工时,提高产品性价比。同时本发明能够降低产品应力、提高导热能力和产品可靠性。(The invention provides a plastic package process of a low-stress high-thermal-conductivity device. The process comprises the following steps: preheating the plastic packaging material; the plastic packaging material comprises the following components in percentage by mass: 17-19% of epoxy resin, 9-12% of a hardening agent, less than 1% of wax, 6-7% of a stress release agent, 1-1.5% of a flame retardant, 0.2-0.4% of a coloring agent and the balance of a filler; injecting the preheated plastic packaging material into a die fixed with a power device to carry out plastic packaging on the power device; and after the plastic package is finished, separating the packaged power device from the mold. The beneficial effects of the invention can include: the invention can reduce the consumption of the power device to the epoxy plastic package material, shorten the production working hour and improve the cost performance of the product. Meanwhile, the invention can reduce the stress of the product and improve the heat conducting capability and the reliability of the product.)

一种低应力高导热功率器件的塑封工艺

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，特别地，涉及一种低应力高导热功率器件的塑封工艺。

背景技术

塑封是将载片、芯片和键合好的产品通过环氧树脂保护，使其避免大气中的水气、纸质、杂质及各种化学药水等的污染和侵蚀，同时也避免受外界机械应力影响，有效将功率器件工作时功耗产生的内部热量排除，从而使功率器件或集成电路能够稳定发挥正常的电气功能。

随着电子产品体积向超薄发展，要求对应集成电路及功率器件的封装越来越小，功率密度越来越高，所以大芯片小封装，贴片取代插件是必然趋势。大芯片小封装及贴片产品对器件应力和导热具有更高要求，而应力和导热主要集中在塑封工序。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种低应力高导热塑封工艺的实现方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种低应力高导热塑封工艺的实现方法。所述实现方法可包括以下步骤：将塑封料进行预热；其中，塑封料可以包括按照质量百分比计的：17～19%环氧树脂、9～12%的硬化剂、1%以下的蜡、6～7%的应力释放剂、1～1.5%的阻燃剂、以及0.2～0.4%的着色剂，余量为填料；将预热后的塑封料注入到固定有功率器件的模具以对功率器件进行塑封；塑封结束后，使封装好的功率器件与模具分离。

根据本发明的一个示例性实施例，在所述塑封过程中，所述模具温度可以为160～180℃，注进压力可以为30～50kg/cm²，合模压力可以为200～250T，注塑时间可以为35～55s，固化时间可以为80～100s。

根据本发明的一个示例性实施例，所述模具可以包括240～320个成型腔，每个成型腔的长度可以为9.5～10.2mm，宽度可以为9～10mm，高度可以为4.5～5mm。

根据本发明的一个示例性实施例，所述模具可以包括1条主流道，以及从主流道出口端分出的6～8条分流道，分流道能够与所述成型腔连通，其中，主流道的宽度可以为3.5～3.8mm，深度可以为2～3mm，长度可以为220～245mm；分流道的宽度可以为1.8～2.1mm，深度可以为2～3mm，长度可以为65～75mm。

根据本发明的一个示例性实施例，所述塑封料的单模用量可以为210～300g。

根据本发明的一个示例性实施例，所述塑封料的密度可以为0.001～0.0015g/mm³，粒度可以为20～50mm。

根据本发明的一个示例性实施例，所述塑封料的曲折强度可以≥10kgf/mm²，曲折弹性率可以为1150～1750 kgf/mm²，热传导率可以≥15×10^-4 cal/cm·sec·℃，热膨胀系数可以≤2.5×10^-5。

根据本发明的一个示例性实施例，所述工艺还可包括：在所述将塑封料进行预热之前，使所述塑封料在20～30℃和40～60%RH的环境下进行醒料。

根据本发明的一个示例性实施例，所述预热的温度可以为80～100℃，时间可以为16～24s。

根据本发明的一个示例性实施例，所述方法还可包括步骤：对所述封装好的功率器件进行分层检测和热阻检测，分层检测包括：检测芯片与塑封体之间是否分层，检测框架与塑封体之间是否分层。

与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：本发明能够降低功率器件对环氧塑封料的耗量，能够缩短生产工时，提高产品性价比。同时本发明能够降低产品应力、提高导热能力和产品可靠性。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例详细地描述本发明的低应力高导热功率器件的塑封工艺。

在本发明的一个示例性实施例中，所述低应力高导热功率器件的塑封工艺可包括以下按步骤：

S01：将塑封料在80～100℃下进行预热。

S02：将预热后的塑封料注入到固定有功率器件的模具以对功率器件进行塑封。

S03：塑封结束后，使封装好的功率器件与模具分离。

S04：对封装好的功率器件进行分层检测和热阻测试。热阻包括RJC和RJA。分层检测包括：检测芯片与塑封体之间是否分层，检测框架与塑封体之间是否分层。

在本实施例中，塑封料可包括按照质量百分比计的：17～19%环氧树脂、9～12%的硬化剂、1%以下的蜡，6～7%的应力释放剂，1～1.5%的阻燃剂，0.2～0.4%的着色剂，余量为填料。进一步地，在塑封料中，环氧树脂的质量占比可为18±0.5%，硬化剂的质量占比可为10.5±0.5%，蜡的质量占比可为0.6±0.2%，应力释放剂的质量占比可为6.5±0.2%，阻燃剂的质量占比可为1.25±0.1%，着色剂的质量占比可为0.3±0.05%，余量为填料。进一步地，固化剂可包括酚醛树脂，填充料可包括球形的SiO₂粉、氮化铝、氧化硼中的至少一种。

在本实施例中，所述塑封料具有如表1所示的性质。满足下表所示性质的塑封料能够与本发明的塑封工艺能够共同产生协同的有益作用，能够降低产品的应力，提高功率器件的导热能力。

表 1

序号	项目	单位	规格值
				1	Spiral flow	cm	68±15
2	Gel time（175℃）	sec	27±8
				3	热膨胀系数（α1）	1/℃	≤2.5×10<sup>-5</sup>
4	曲折强度	kgf/mm<sup>2</sup>	≥10.0
				5	曲折弹性率	kgf/mm<sup>2</sup>	1450±300
6	热传导率	cal/cm·sec·℃	≥15×10<sup>-4</sup>
				7	耐燃性（0.8mm）	/	94V～0

例如，Spiral flow（流动长度）可以为70cm，Gel time（即胶化时间）（175℃）可以为26sec，热膨胀系数（α1）可以为2×10^-5，曲折强度可以为12kgf/mm²，曲折弹性率可以为1350kgf/mm²，热传导率可以为20×10^-4 cal/cm·sec·℃，耐燃性（0.8mm）可以为80V。

在本实施例中，所述模具可为240～320腔的模具，每个成型腔中都能够放置一个功率器件。其中，每个成型腔的长度可以为9.5～10.2mm，宽度可以为9～10mm，高度可以为4.5～5mm。

所述模具可以包括一条主流道，以及从主流道出口处分出的6～8条分流道。注塑料可以通过主流道、分流道并最终流入各个成型腔中。

主流道的宽度可以为3.5～3.8mm，深度可以为2～3mm，长度可以为220～245mm，例如宽3.7±0.05mm，深2.5±0.3mm，长度可以为235±5mm，再如宽3.72mm，深2.6mm，长度238mm。

分流道的宽度可以为1.8～2.1mm，深度可以为2～3mm，长度可以为65～75mm，例如，宽2.0±0.05mm，深2.5±0.3mm，长度70±3mm，再如宽2.08mm，深2.05mm，长度为72mm。

在本实施例中，优选地，主流道和分流道的横截面都可以是弧形，其中，主流道和分流道的宽度是指弧形横截面两个端点之间的长度，即弦长长度，深度是指流道中最深的深度。

在本实施例中，模具可以包括相对应的上中心板和下中心板，上中心板可以覆盖在下中心板之上。其中，

下中心板的上表面可开设有依次连接的下进胶主道条（也可称为主流道）、下分胶道条（也可称为分流道）和成型腔。成型腔的数量可以为240～320个。

上中心板的下表面可设置有：对应下进胶主道条和下分胶道条的上中心条，对应成型腔的上成型条。

所述模具还可以包括注进料筒，塑封料能够通过注进料筒进入下进胶主道条中。

所述模具还可以包括下顶杆，下顶杆能够在产品成型和开模后把产品顶出模腔（即成型腔）。

本发明的模具能够与塑封料、塑封工艺相匹配，既能够满足塑封的质量要求，同时还可减少流道宽度和长度，减少树脂浪费，降低材料成本。

在本实施例中，所述功率器件的尺寸可以为24～28mm²，厚度可以为100～280μm。

在本实施例中，由于预成型树脂料块（即塑封料）一般都存储在5～10℃的环境中，会有不同程度的吸潮。使用前需要在干燥的地方醒料，时间不低于16小时，例如16～20小时。进一步的，可在20～30℃、40～60%RH的环境下进行醒料。

在本实施例中，塑封料的密度可以为0.001～0.0015g/mm³，粒度可以为20～50mm。进一步地，密度可以为0.0011～0.0013g/mm³，粒度可以为30～40mm。上述密度和粒度是相互适配的，这样的塑封料不会含有过多的空气和湿气，也不会造成本发明模具填充不良和起模困难，有利于塑封过程。

在本实施例中，塑封过程可按照表2中的参数进行控制。

表 2

表2中塑封料单模用量即为：一次塑封过程需要3～4个70～75g重的塑封料（也可称为塑封料饼）。

本发明封装成形的过程中，模具温度、注塑时间、合模压力、注进压力及固化时间等都是相关联的几个参数。

模具温度控制上述温度范围内，塑封料能够获得较理想的流动性。若模具温度过高，塑封料固化过快，内应力增大，包封层与框架粘结力下降，同时固化过快也会使模具包不满。若模具温度过低，塑封料流动性差，同样会出现模具填充不良，包封层机械强度下降。本发明模具各区域温度保持均匀，若因为模具温度不均匀，将会造成塑封料固化程度不均匀，导致器件机械强度不一致。

若塑封料预热时间不够，塑封料不能熔融同样也不能包满；若塑封料预热时间过长预热后的EMC（即环氧树脂）在高温下反应速度加快，这将致使塑封料的胶化时间相对变短，流动性变差，在型腔还未完全充满时塑封料的黏度便会急剧上升，流动阻力也变大，以至于未能得到良好的充填，从而形成有趋向性的未充填。

本发明的注塑压力（即注进压力）是根据注塑料的流动性和模具温度来确定的。同时，本发明的注塑压力还可根据注塑包封完C-SCAN分层扫描质量结果和产品外观状况来验证确定。

若注进压力过小，则功率器件包封层密度低，与框架粘结性差，易发生吸湿腐蚀，并会出现没有包满等外观不良现象。若注进压力过大会导致产品焊线出现冲断、冲偏或焊点受到应力冲击，导致产品出现断路、短路性能不良，在应用中，通电后器件温度升高，受冷热冲击的影响，焊线受应力冲击的产品出现断、开等间隙不良或打火炸机的可靠性不良；同时可能出现溢料等不良现象。

若模具温度过高，则塑封料固化时间和流程长度将会变短，塑封料在模具型腔中会提前固化，产品顶端、内部或浇口会出现气孔，这将影响产品可靠性和外观。若模具温度过低，则塑封料不能熔融同样也不能包满。

若合模压力不够，会导致产品出现常见的缺陷形式，即溢料，而将影响后来的可焊性和外观。

在本实施例中，产品经过C-SCAN分层扫描检测后芯片和塑封体没有分层，框架和和塑封体分层小于6%，管脚与塑封体小于5%，优于行业标准的10%以内。

同时经过美国Analysic Tech公司的Phase12测试，RJC和RJA分别为RJC（0.8～1.2℃/W），RJA（55～65℃/W）。其中，RJC为结到外壳（或散热片）的温度；RJA为结到环境的温度。

综上所述，本发明的低应力高导热功率器件的塑封工艺的优点可包括：

（1）本发明的环氧塑封料、模具和注塑工艺能够相互匹配，并能够产生协同的作用，能够生产出高导热、低应力功率器件产品；（2）同时，本发明能够降低功率器件对环氧塑封料的耗量，通过控制固化时间能够缩短生产工时，提高产品性价比；（3）本发明能够降低产品应力，提高功率器件的导热能力，提高产品可靠性和应用领域。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。